虚拟现实技术发展方向精选(九篇)

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第1篇：虚拟现实技术发展方向范文

关键词：虚拟现实技术；职业教育；人才培养

虚拟现实技术(VirtualReality)的概念是1989年美国VPLResearch公司创始人JaronLanier提出的，迄今已有二十年的历史。虚拟现实是一项融合了计算机图形学、人机接口技术、传感技术、心理学、人类工程学及人工智能的综合技术。将虚拟现实技术应用于教育教学中就能为学生提供生动、逼真的学习环境，使学生成为虚拟学习环境的一名参与者，这对调动学生的学习积极性，突破教学的重点、难点，培养学生的技能都将起到积极的作用。

一、虚拟现实技术的基本特征

对虚拟现实技术的基本特征，不同的文献有不尽相同的看法，但概括起来主要有三个基本特征。沉浸性（IMMERSION）。虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理、心理特点，通过计算机产生逼真的三维立体图像，使用者通过各种交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，与各种对象相互作用，有一种身临其境的感觉；交互性(INTERACTION)。虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互，使用者不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。使用者通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能，就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作；构想性(IMAGINATION)。虚拟现实不仅仅是一个演示媒体，而且还是一个设计工具，为使用者提供探索的空间。通过现有知识和相关提示让使用者在环境中深化概念、萌生创意，进而发现更多的规律和有效的操作。

二、职业教育及其教学特点

我国是一个人力资源大国，但技师、高级技师仅占一4%，而企业需求不断增大，一般发达国家技术工人的技术等级结构为高级工占35%，中级工占50%，初级工占15%。以天津市技术工人的技术等级结构为例，高级工占27%，中级工占39%，初级工占34%。因此，只有通过大力发展职业教育才是建设人力资源强国的重要手段。职业教育的教学特点是强调技能训练，强调教学和训练过程的全程指导，强调培训技能的实用性等。

三、职业教育中应用虚拟现实技术的优势

职业教育主要培养技术型和技能型人才。基于这种定位，职业教育偏重实践教学，提高学生的动手能力和实际的作能力，使他们能掌握一定的技能。然而在实际教学中，往往会因为实验设备、实验场地、教学经费等方面的原因，而使一些必要的实验无法进行。利用虚拟现实技术，可以弥补这些方面的不足。

1．教学手段先进可重现操作过程

虚拟现实技术可以使学生直接进入虚拟现实所生成的环境中，与计算机环境进行直观交流，从而丰富感性认识，加深对教学内容和操作技能的理解，提高感知水平和学习动机。特别是对于操作过程，存在的问题和表现现象可以通过虚拟现实技术进行重现，便于学生观察理解和记忆。

2．降低教学成本避免真实操作带来的危险

以往对于危险的或对人体健康有危害的实验，一般采用电视录象的方式来取代实验，学生则无法直接参与实验，获得感性认识。利用虚拟现实技术进行虚拟实验，则可以免除这种顾虑。学生在虚拟的实验环境中，可以放心的去做各种实验，不会出现意外。例如，虚拟的化学实验，可以避免化学反应所产生的燃烧、爆炸等危险。虚拟的数控加工实验，可避免原材料损耗和由于学员失误造成机床损坏和学员受伤。虚拟的汽车驾驶教学系统，可免除学生操作失误而产生的意外事故。

3．实验可以反复进行，从而提高技能水平

利用虚拟现实技术，可以做各种各样的技能训练，而且可以反复进行。例如军事作战技能、外科手术技能、汽车驾驶技能、机械设备加工技能、电器维修技能等各种技能的训练。学生可以不厌其烦地反复练习，直至掌握操作技能为止。例如，在虚拟的飞机驾驶训练系统中，学生可以反复操作控制设备，学习在各种天气情况下驾驶飞机起飞、降落，通过反复训练，达到熟练掌握驾驶技术的目的。

4．激发学生的学习兴趣

在职业教育中通过虚拟现实技术使学生在虚拟环境中与计算机环境进行直观交流，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解。而在虚拟现实环境中进行直观交流，使教学过程变得生动形象，能最大化的提高学生的感知水平和学习动机，提高教学效果。

四、职业教育应用虚拟现实技术的前景

网上互动虚拟世界是人类社会信息时代的发展方向， 是各个行业未来信息化的必然目标。而职业院校应充分发挥自身专业特长构建虚拟现实实验室，不仅能促进校园信息化建设，而且能更好的挖掘职业院校潜能。虚拟现实技术与网络通信以及多媒体技术的结合，是传统信息技术的突破，使教学资源成倍增长。网上互动虚拟世界是人类社会信息时代的发展方向，是各个行业未来信息化的必然目标。

第2篇：虚拟现实技术发展方向范文

关键词：虚拟现实技术；建筑设计

建筑是人类历史文化的载体，任何时代，建筑都以其感人的形象展现出它的风貌，反映它所包容的各种信息和内涵。一个建筑师怎样才能将自己的设计理念形象直观地展示给公众面前以供评赏呢？虚拟现实技术的介入，使这个问题得以解决。

随着建筑师对计算机应用的深入，计算机在制图、管理、建模、表现、信息存储与查询等各个方面的作用正逐步变得清晰起来。这些逐步清晰的影响叠加在一起，勾勒出一个工作方式的轮廓：以数字化的设计媒体为基础，依靠计算机网络实现信息的交流，以数字信息的交换替代原先图纸的物理交换。虚拟现实技术是计算机软件技术发展的成果，它的出现和在建筑设计领域的应用为建筑师提供了更为广阔的设计方法。它改变了建筑师的工作方式，设计者可以漫游于虚拟的场景之中或之外来体味对建筑空间的感受，及时对设计做出修改和补充，从而迅速、准确地对比各种设计方案的可行性。虚拟现实为业主与建筑师间的沟通架设一个“虚拟”的桥梁，使建筑师不断与业主交流，以达到业主满意，避免了建筑师很多不必要的重复劳动。[1]

1、虚拟现实技术

虚拟现实技术（Virtual Reality,既是大家熟悉的VR）又称灵境技术，是20世纪末发展起来的一门涉及众多学科的高新技术，它集成计算机技术，传感技术，仿真技术，微电子技术为一体。一个好的虚拟现实环境是由计算机图像学，图像处理，模式识别，多传感器，语音处理，网络等技术所构成的大型综合集成环境。虚拟现实技术作为一项实用技术，在建筑业中有着广阔的应用前景，它将带给我们一个崭新的天地。

2、虚拟现实技术特点

虚拟现实技术从本质上讲就是一种先进的计算机用户接口技术，它通过给用户提供视觉，听觉，触觉，嗅觉，味觉等各种直观而自然的实时感知交互手段，最大限度地方便人机的交互操作，而不再需要进行繁琐的敲打键盘输入，提高了整个系统的工作效率。

虚拟现实技术有三个基本特征：沉浸感，交互性，构想性。其中沉浸感是指虚拟现实系统不再像传统计算机几口一样，用户与计算机的交互方式已经是自然的，就像现实中人与自然交互一样，完全沉浸在通过计算机创建的虚拟环境中；交互性是指虚拟现实系统区别与传统三维动画的特征，用户不再被动的接受计算机所给予的信息或者是旁观者，而是能够使用交互设备来操纵虚拟物体，以改变虚拟世界；构想性是指用户利用虚拟现实系统可以从定性和定量综合集成的环境中得到感性和理性的认识，从而深化概念和萌发新意。[2]

3、虚拟现实技术在设计领域中的应用

3.1 在建筑设计中的应用

在建筑设计学科领域，建筑师除了用部分语言文字来表达之外，更多的是用线条来表达其设计理念，如果不是专业人士，则很难与其沟通。因此，为了让公众明白和了解，设计师只能通过透视图，以一种表面的建筑外形来表达他的设计意图，而这则具有一定的局限性，如果我们借助虚拟现实技术，将我们用CAD工具制作的数字化模型投入到虚拟现实环境中，可以让设计师及公众从不同的角度去审视或观赏建筑的外部空间形象。例如，荷兰Eindoven 大学的Calibre 研究院应用虚拟现实技术在河中小岛上设计了一栋博物馆，其坐落在河边的斜坡上，可以俯瞰小岛，同时也可以考虑山坡的轮廓，加上建筑的细节，如门窗的设计，来表达那充满自由曲线的外部形体,充分表达了其设计意图。如果我们用传统的设计方法来表达，则具有一定的难度，虚拟现实技术的应用，会让我们在设计中发现潜在的缺陷和问题。所以虚拟现实技术在建筑设计中的应用是十分必要的。

3.2 在室内装饰中的应用

室内装饰阶段，标志着工程项目已经临近了竣工日期，这时，工程一般非常紧，可能会出现无法预期的问题，导致延长工期，造价增加。运用虚拟现实技术则可以在计算机上提前模拟出需要的效果，这样我们就可以提前预知一些问题，如，房屋空间的比例尺寸，消防安全性，色调上，以及光照效果等。只要花少量时间在计算机上修改，就会使上述可能会出现的弊病得以避免。

3.3在景观园林中的应用

景观园林对于环境变化的前瞻性和周围景物的关联性要求很高，因此在动工之前就必须对完工之后的环境有一个明确的，清晰的概念。通常情况下，设计者会通过沙盘，三位效果图，漫游动画来展示设计效果，供公众来理解和感受，以上的传统展示方式都有不同的优缺点，但有一个共同的缺点，即不能以人的视点深入其中，得到全方位的观察设计效果，而运用虚拟现实技术后，可以任意角度，真实的看到设计效果，身临其境的掌握设计师的设计意图。[3]

3.4在展示设计成果中的应用

虚拟现实展示设计是一种对现实的超越和丰富，当代科学技术的发展，为这种展示形式提供了条件和路径，虚拟现实展示手段在一定程度上满足了数字化社会人类对多媒体的展示、传播要求。作为一种新的多媒体数字展示手段，虚拟现实展示设计在未来相当长的一段时间内，特别是多媒体信息展示中，将起到越发重要的作用，随着CAD人工智能，多媒体等技术的进一步发展，虚拟现实展示设计也将会朝着多元化、一体化方向发展，交互方式更加自然，创新设计的手段将更为先进、有效，可以说从整个设计发展趋势看，虚拟现实展示设计代表了现代信息展示模式的发展方向。

4、虚拟现实技术对建筑设计的影响

传统的建筑设计，建筑师是以笔、纸和计算机制图来完成的，通常情况下，建筑师按自己的经验对设计进行把握，有时设计会出现一些偏差，使其设计思维受到了一定的局限。

虚拟现实技术提供的崭新的信息交流界面，是其它传统设计方式无法比拟的，设计者可以从任意角度观察虚拟物体的三维效果（空间的造型，物体的色彩，大小，材质等）。其提供的实时三维场景调整，信息查询及多媒体信息集成等技术，为方案的设计风格，造型手法和信息展示提供了强有力的支持。在虚拟环境中，虚拟环境拓宽了建筑师的想象力，提高了设计能力，可以帮助建筑师设计出多元化的设计方案，提高设计质量。虚拟现实技术的发展前景十分诱人，在某种意义上讲，它改变了人们的思维方式，改变了人们对自己，对他人，对世界的看法，对建筑师而言，这些改变也就意味着新的设计思路的诞生。

5、总结

在虚拟现实系统中，人们仿佛置身于一个完全真实的环境中，使得建筑设计能够突破“平面，立面，剖面”的刻板设计模式，进入一个更直观更生动的层面。由于我国虚拟现实技术发展相对较慢，在技术和应用上还有很多问题，这些不足主要体现在软硬件设备要求较高，价格昂贵及建筑设计与虚拟现实技术的融合问题等。但愿建筑设计人员不拘于传统的设计方式和设计理念，虚拟现实技术在建筑设计实践上的普及将指日可待。到那时，我们可以在虚拟环境中逃避现实的喧嚣，可以感受过去的旷古和未来的辉煌。

参考文献：

[1]韩建华.虚拟现实技术在建筑表现中的应用研究[J].华中建筑，2012(03):69-71.

第3篇：虚拟现实技术发展方向范文

关键词：计算机仿真；技术；应用；发展

1计算机仿真技术简介

计算机的仿真技术是一门新兴的综合性的技术，它运用专门的软件，再通过数字作为传播的介体传达给人们。因此，当人们通过计算机媒体进行浏览观赏时就能够有身临其境的感觉，可以自由选择角度。一方面，仿真技术的应用得益于控制工程和系统工程的发展，在控制工程和系统工程中逐步探索计算机仿真技术；另一方面，计算机仿真技术可以逐步缩短开发周期，在提高产品质量的同时减少损失，并大大降低人工成本，工作效率逐步提高，在节约经费开支等方面发挥巨大的作用。

2计算机仿真技术原理

一般情况下计算机是不能够直接认知和处理的，所以就要求能够建立一个能够反映研究又容易被计算机处理的数学模型，可以用下图来表示：通过了解观察，可以更加清楚地认识到我们所要研究的对象，我们还可以看出，首先，模型的建立。把我们所抽出来的系统用数学的表达方式表示出来。其次，模型的转换。模型转换就是针对上一步抽象出来的数学表达方式通过各种适合的算法以及计算机语言转换成计算机能够处理的形式，这就是通常所说的仿真模型。模型是计算机仿真的关键地方，实现了这个过程。再次，模型仿真实验。将之前得到的仿真模型输入计算机内，按照之前设置好的方案来进行仿真模型，获得仿真的结果。仿真实验是一个很简单的事情。但是，如何对仿真的结果进行评价，需要分析仿真的可靠性。有的专家在文章中提出了检验仿真结果可靠性的两种方法：仿真过程的反向验证法和置信通道法。

3计算机仿真技术应用

现在，计算机成为我们生活的一部分，计算机的广泛应用改变着传统的生活方式和交流方式，计算机加速了每个行业的发展，计算机的广泛应用为我们的生活提供了便利。

（1）交通领域。

交通是一个复杂的人机系统，交通是否安全，要充分考虑上述四个因素的作用和影响。交通安全仿真以虚拟现实技术的方法为基础。评价体系先建立虚拟环境，然后在这个虚拟环境中加入各种可以诱发事故的因素，最后再对某路段和某区域的交通安全水平施行全程的跟踪与评价。计算机的仿真过程是交通安全仿真及评价系统的核心。该仿真过程是一种可视化的仿真，与传统的数值仿真不同。例如，评价某路段的交通安全时，不仅用传统的绝对数法和事故率法来评价，还要考虑交通者的感知与行为。我们可以在这个虚拟的环境中，选择不同的交通工具，设置不同的交通环境，分别从交通者和第三者的角度进行事故的可能性实验及分析，最终实现对该路段的安全性评价。同时也是交管部门建设和完善交通设施的依据，是一种分析交通事故的新方法。

（2）制造领域。

汽车制造是机械行业的重要组成部分。大多实验课题具有难度大、实地成本高的特点。引入计算机仿真技术，可以有效缓解上述问题。针对碰撞实验，浙江大学研究所的詹樟松博士建立了乘员动力学响应的数学模型。在其他方面，汽车工程学院的熊坚利用仿真技术对汽车的制动过程进行了研究，一汽大众公司的姚革等通过仿真技术研究了汽车转向的轻便性问题。

（3）教育领域。

计算机模拟实验是这几年在计算机多媒体教学中增加的新领域，还可以根据需要瞬间建立模拟实验室。计算机模拟实验强调了实验的设计思想和实验方法，打破了教与学、理论与实践、课内与课外的界限，更加强调实验者的主动性。通过计算机的模拟，加深学生对思想、方法、仪器的结构和设计原理的理解，还可以练习实验技能，巩固知识，提高学生实验的兴趣和实验水平。现在，模拟实验已经变成现代化实验的重要手段。计算机模拟实验系统充分运用人工智能、控制理论和教师专家系统建立内在模型，利用可操作的仿真方式，实现了实验教学的各个环节。

4计算机仿真技术的发展方向和趋势

4.1计算机仿真技术发展方向

（1）网络化仿真。

随着计算机和网络的应用与发展，计算机仿真技术也在不断的提高。目前的仿真系统存在开发时间长、成本高、不能兼容，共享困难，可移植性差等问题。其次要利用网络技术实现仿真系统共享。系统共享在仿真系统的开发中及其重要。实现了网络共享，就可以避免社会资源的重复开发，还可以适当收费来补充开发成本。

（2）虚拟制造技术。

计算机仿真技术发展的另一方向是虚拟制造技术。虚拟制造技术是一种领先的制造技术。它运用计算机仿真技术和虚拟现实技术，借助计算机实现对产品的管理、控制一条龙。

4.2计算机仿真技术发展趋势

突飞猛进的计算机软硬件技术带动了仿真技术的飞速发展。近几年，仿真技术领域的新技术、新成果展示了良好的发展前景。

（1）面向对象的仿真建模。

与传统的人工建模相比有了很大的进步，它最大限度地调动了计算机的符号处理能力，加快了人们认识和转换仿真对象的速度。这种方法可以充分提升系统的建模能力。最重要的是，仿真技术容易掌握和使用，实际操作的技术人员可以利用仿真技术更好地为系统服务。

（2）分布式仿真。

分布式仿真是通过计算机网络联结分散在各地的仿真设备，构成空间与时间互相耦合的虚拟仿真环境。分布式仿真系统可以理解为由多个子模型组成的仿真模型。在分布式仿真系统中，这方面的现有技术包括：动态、静态数据分割技术，功能分割技术，避免通讯闭锁技术等。

（3）智能仿真。

在建模、仿真模型设计、仿真结果的分析和处理阶段，引入知识表达及处理技术，使仿真、建模的时间缩短，在分析中提高模型知识的描述能力，引入专家知识和推理帮助用户做出优化决策；运用智能仿真可以及时修正、维护辅助模型，实现更好的智能化人机界面，使计算机与人之间的沟通变得人性化，增加自动推理学习机制，从而增强仿真系统自身的寻优能力。

（5）其他仿真。

可视化仿真更加形象直观地显示仿真全过程，有效辨别仿真过程的真实性和正确性，而且结果也简单，方便理解。近期出现的动画仿真本质上也属于可视化仿真。将声音加入可视化仿真，就同时得到了视觉和听觉的多媒体仿真。而在多媒体仿真的基础上，植入三维动画，强调交互功能，又可以得到支持触觉、嗅觉、味觉的虚拟现实仿真。随着科技的不断发展，仿真技术将为人类更好的服务。

5结语

计算机仿真技术是在实际需要的引导下，在不断进步的计算机技术、多媒体技术等相关技术的支持下，融合了新的建模与仿真方法而逐渐进步发展起来的。计算机仿真技术的发展从简单的原型到物理模型逐渐发展到动态显示仿真结果再到现在的可视化交互仿真。以后随着计算机科学技术的迅猛发展，以及多媒体、虚拟现实、人工智能、面向对象法、可视化与图形界面等方面对仿真技术的显著影响，仿真技术的发展与应用都会取得优异的成绩。我们完全相信，计算机仿真技术在我们的生活中应用越来越广泛，对社会各行业的发展起到很好的促进作用，给生活带来更多的便利。

参考文献：

[1]熊光楞.计算机仿真及其在制造业中的应用[J].计算机仿真，1996(1)

[2]张芹.计算机仿真技术在教学中的应用探讨[J].科协论坛(下半月)2008(3)

[3]龚小刚.计算机仿真技术及其应用[J].硅谷，2008(16)

[4]冯霞.仿真技术的发展以及未来趋势[J].现代经济信息，2008(7)

[5]晋松滨.计算机仿真技术在机械行业应用[J].科技咨询导报，2007(20)

[6]屠仁寿,王正中.面向信息时代的系统仿真方法学[J].系统仿真学报，1999(5)

第4篇：虚拟现实技术发展方向范文

关键词：计算机多媒体；多媒体技术；发展趋势；发展研究

中图分类号：TP317 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 (2012) 14-0054-01

一、多媒体技术简述

在现代科学技术高度发展的今天，信息的传输、信息处理和信息的共享已成为现代社会进步的关键，多媒体技术就是适应于这一需要的产物。多媒体技术是当今信息技术领域发展最快、最活跃的技术，是新一代电子技术发展和竞争的焦点。多媒体技术融计算机、声音、文本、图像、动画、视频和通信等多种功能于一体，借助日益普及的高速信息网，可实现计算机的全球联网和信息资源共享，因此被广泛应用在咨询服务、图书、教育、通信、军事、金融、医疗等诸多行业，并正潜移默化地改变着我们生活的面貌。由此可见，多媒体技术在信息社会中所处的重要地位。

多媒体（Multimedia），即为两种或者多种媒体的融合或集合使用所实现的人机信息交流以及信息传播的形式，使得人机交互形式和信息传播形式更加富有多样性、集成性、交互性、实时性以及数字化。其所运用的媒体形式具体可含有文本（Text）、图形（Graph）、图像（Image）、声频（Audio）、视频（Video）和动画（Animation）。

二、计算机多媒体技术的现有应用状况

（一）多媒体技术在通信领域的应用

1.数据压缩和数据编码技术。多媒体技术在通信领域中的重要应用之一即为数据压缩和编码技术。通信领域的视听业务中，若想达到渐趋完美的视听享受，需要数据的低延时、高压缩比率和良好的图像质量来实现，这也是实现良好视听视频压缩技术的衡量指标。多媒体视听业务正在不断发展中，在提高压缩比率和方面不断改进，陆续涌现出一些更为优良的数据压缩和数据编码的算法和标准。

2.数据传输同步。多媒体技术在通信领域中的另一重要应用是数据同步。在处理多媒体数据的过程之中，例如采集数据、传输数据和播放数据，实现如何维持数据的同步机制。

3.多媒体通信网络。多媒体数据由于其数据量大，形式复杂，在通信网络中的传输和交换，对通信网络的环境提出了更高的要求。因此，通信网络在带宽方面要求更高，除此之外，在通信协议和交换方式也有较高要求。

（二）多媒体技术在信息数据处理方面的主要应用

1.视频应用。多媒体在视频技术方面的应用，包括视频编码和数字化视频。视频数字化实现的是将视频信号转换成为数字视频文件后，将视频文件存储于存储设备中的过程，其中转换过程利用到视频采集卡。视频编码技术实现的是将数字化视频信号编码成视频信号。

2.音频应用。多媒体技术在音频应用中，主要包括数字化音频、语音合成、语音处理和识别等。目前，大部分的声像信息都是以数字化的形式进行存储和传输的，使得针对这些信息的使用更为便捷和快速。

3.动画制作。多媒体技术在动画方面的应用，包括二维动画和三维动画。目前大量利用Flash制作出的动画都是二维动画，而三维动画由于生动动感和逼真的效果等一系列优点，广泛被运用于动画制作、大型网游、电视电影预告片和广告片中。

4.虚拟现实。虚拟现实（Virtual Reality）是近年来最为瞩目的研究方向之一，其建立的是一个虚拟的环境，使用户置身于计算机多媒体技术与计算机仿真技术相结合创造出的接近真实感受的模拟氛围。目前，这种技术正在广泛被引入军事、大型网游和医疗领域。

（三）人工智能领域的多媒体技术应用

人工智能（Artificial Intelligence）是通过模拟类似人类智能的方式，来延伸和扩展人类智能的方法和技术而产生的一门新兴的交叉学科，其研究方面包括计算机辅助系统、智能信息系统和多媒体智能监控技术，研究领域包括智能机器人、图像和语言识别和专家系统等。

三、计算机多媒体技术未来的发展方向和趋势

（一）多媒体技术的发展更趋于多种业务融合和网络化

由于多媒体技术可以借助网络和通信系统环境，创造出更为真实生动的二维和三维景象，并且可以将摄像等其他设备连接起来，集合办公、娱乐、学习于一身，还可以基于计算机和通信网络实现地理上的无隔离优势，将多种业务融合使用，例如，召开计算机视频会议、手机视频会议、信息融合和虚拟现实等。因此，搭建更高速、更大带宽的网络基础，是促成多媒体技术更加网络化和多种业务融合的基础。

（二）多媒体终端设备的嵌入式和智能化

现在的计算机硬件系统，在视频和音频接口将不断的改善，辅之算法的改进，计算机性能指标会有更高的飞跃。除此之外，未来基于“云技术”的网络化趋势，使得多媒体终端设备将涉及到更广泛的方面，对智能化和嵌入式的要求更为严苛。

（三）多媒体技术在PC-TV融合方向的发展趋势

传统的电视机（TV）是单向接收电视网络信息，重在娱乐功能。而未来电视机将采用多媒体技术，基于双向接收-发送信息的模式，可以交互式的使用功能，也就是说未来的电视机将具备现有计算机的大部分功能，例如，家庭网上购物、家庭Office、家庭医疗和收发邮件等一系列功能，真正体现出PC-TV融合的发展趋势。

（四）多媒体在安全领域和军事方面的应用和发展

由于多媒体技术朝向更加趋于网络化、多种业务交融、智能化和嵌入式等方向发展，其对处理、传输数据的设备和网络环境的安全性要求更高，多媒体安全技术将成为信息安全领域的研究重点之一。

另外，多媒体技术在军事领域的应用也将是未来的趋势。例如，传统的军事信息管理系统、作战指挥和模拟系统、军事教育系统等都将融入多媒体技术，其前景将无限广阔。

参考文献：

[1]李晓静.计算机多媒体技术的应用现状与发展前景[J].科技情报开发与经济,2007(36).

[2]党卫红.多媒体技术的应用与发展[J].内江科技,2010(3):119-119.

第5篇：虚拟现实技术发展方向范文

[关键词] 培训 虚拟现实技术 虚拟组织

培训作为一种竞争战略选择，被越来越多的企业所重视，培训在企业发展中的作用使培训成为永恒的主题。建立学习型组织除了建立一种有利于员工学习的氛围与机制，使员工产生强大的内在学习动力，从而结合自身职业生涯设计和工作需要努力进行自我培训外，当然离不开组织根据业务改革与发展需要为员工提供的高质量培训。站在科学技术未来发展及其对员工培训可能带来的影响这一视角，现代企业培训与开发将会呈现虚拟培训组织的趋势。培训将与新技术结合得更加紧密，新技术在培训中的应用将更加广泛。科学技术的飞速发展正在改变着我们的生活、培训和学习方式。网络的出现必将进一步推动科学技术及其他各项事业的迅速发展。为现代培训提供了新的载体，使其可以借助于网络而变得更加得心应手，使低成本高效率的远程教育得以实现。未来，多媒体、国际互联网和其他新技术在培训中的运用将日益广泛。培训的时间和空间概念将发生变化，培训组织趋于虚拟化。

一、企业虚拟培训组织的形式、优势及挑战

虚拟培训组织是引用现代化的培训工具与培训手段,借助社会化的服务方式而达到培训的目的。虚拟现实技术作为多媒体技术发展的高级阶段，在组织学习中的应用将促使目前组织管理过程中的领导者、员工、媒体之间的关系与地位发生重大变化。在对组织成员进行知识传播、技能训练等方面会得到显著的教学效果。特别是随着计算机网络化的进程，虚拟网络的建设，这一新的学习媒体将在个别化教学、企业教学、学校教学、远距离教学及终身教育中展示巨大的应用前景。但是，目前虚拟现实技术在培训中也存在着一些实际的挑战：有时缺乏真实感；受传输设备影响大；受到网络速度限制；开发费用高昂；不能快速更新等。

综上所述，虚拟现实技术对未来学习型组织的影响是巨大的。在新的世纪，它将全面地改变我们的管理、学习和生活方式。可以预言,21世纪的学习型组织将是建立在虚拟现实条件上的新型组织。

二、虚拟培训组织的特点和应遵循的原则

虚拟现实是运用计算机构建基于人类生理、心理特点之上，对实景进行仿真和模拟的人工媒体空间，是一种新型的人一机界面方式。利用计算机仿真技术的虚拟现实系统为用户提供了临境的、多感官通道，尽管环境是虚拟的，但用户通过参与模拟环境获得真实的感受。用户采用头盔、数据手套等设备进人虚拟空间，并作为环境中的一员与环境中的虚拟人物进行交谈、游戏，并能通过视觉、听觉、触觉、动觉对系统提供的信息进行感知、获取。虚拟现实系统中的人- 机交互界面距离减少到最小，用户操纵自由度进一步扩大，系统可根据用户的状态和要求自动调整信息的呈现方式、内容和细节。虚拟现实中客观事物的运动变化呈现为立体全息图。

虚拟培训组织的运作需遵循三个原则：第一，员工（而不是公司）对学习负主要责任。第二，最有效的学习是在工作当中进行，而不是在课堂上。第三，为将培训成果转换成工作绩效的提高，管理者和员工（而不是员工和培训者）的关系至关重要。也就是说，为让员工能够在工作中应用培训成果，员工应该负责学习课程内容并能将其运用于实践当中。而管理者要让员工承担在工作中应用培训成果的责任，排除他们在开展工作中应用所学技能的障碍。

三、如何建立虚拟培训组织有效开展员工培训

1.建立虚拟培训组织应当建立企业有效的员工培训体系

(1)培训需求分析与评估

拟定培训计划，首先应当确定培训需求。从自然减员因素、现有岗位的需求量、企业规模扩大的需求量和技术发展的需求量等多个方面对培训需求进行的预测。对于一般性的培训活动，通过业务分析探讨公司未来几年内业务发展方向及变革计划，确定业务重点，并配合公司整体发展策略，运用前瞻性的观点，将新开发的业务，事先纳入培训范畴。培训的必要性和适当性通过组织分析，以及组织文化的配合是及其重要的前提，否则培训后，如果造成公司内更大的认知差异，就得不偿失了。其次，对于组织结构、组织目标及组织优劣等也应该加以分析，以确定训练的范围与重点。以工作说明书和工作规范表为依据，确定职位的工作条件、职责及负责人员素质，并界定培训的内涵。将业务分析、组织分析和工作分析三者的有机结合需求培训需求的最佳平衡点，缺人需求点。对于特殊性的培训，可以利用自我申请的方式，以符合工作专业的需要和时效。

(2)建立有效的培训体系

1.遴选培训机构

2.确认培训对象

3.确认培训方式

4.制定培训计划

员工培训体系包括培训机构、培训内容、培训方式、培训对象和培训管理方式等，培训管理包括培训计划、培训执行和培训评估三个方面。建立有效的培训体系需要对上述几个方面进行优化设计。

①培训机构的遴选。企业培训的机构有两类:外部培训机构和企业内部培训机构。外部机构包括专业培训公司，大学，以及跨公司间的合作即派本公司的员工到其他企业挂职锻炼等。企业内部培训机构则包括专门的培训实体，或由人力资源部履行其职责。企业从其资金、人员及培训内容等因素考虑，来决定选择外部培训机构还是企业内部培训机构。一般来讲，规模较大的企业可以建立自己的培训机构，如摩托罗拉公司的摩托罗拉大学和明基电通的明基大学等。规模较小的公司，或者培训内容比较专业，或者参加培训的人员较少缺乏规模经济效益时，可以求助于外部咨询机构。

②培训对象。企业根据参加培训的人员不同，可分为：高层管理人员培训、中层管理人员培训、普通职员培训和工人培训。应根据不同的受训对象，设计相应的培训方式和内容。一般而言，对于高层管理人员应以灌输理念为主；对于中层人员，注重能力的训练和引导，利用互动机会增加学习效果；对于普通的职员和工人培训，需要加强其专业技能的培养，长期性的延伸教育，充实员工的基本理念和加强事务操作。

③培训方式。从培训的方式来看，有职内培训（On－the－job Training）和职外培训（Off－the－job Training ）。

④培训计划。员工培训的管理非常重要，有效的培训体系需要良好的管理作为保障。培训计划涵盖培训依据、培训目的、培训对象、培训时间、课程内容、师资来源、实施进度和培训经费等项目。

有效的培训体系要求在制定培训计划时应当因循拟定的管理程序，先由人力资源管理部门（或者培训主管单位）分发培训需求调查表，经各级单位人员讨论填写完毕直属主管核定后，人力资源管理部门汇总，拟定培训草案，提请上一级主管审定，在年度计划会议上讨论通过。同时在培训内容上，最好能够采用自主管理的方式。

⑤培训实施。培训计划制定后，就要有组织计划的实施。从实际操作面上讲,应该注意几个问题：执行培训时最好与考核相结合，重视过程控制，观察培训过程中参训者的反应及意见。培训是持续性的心智改造过程，所以员工在培训过程中的社会化改变比训练结果更值得关注。培训计划执行时应当注重弹性原则和例外管理。对于一般性的训练，可以统筹办理，人力资源管理部门主要负责。对于特定性的培训，应采用例外管理，由各个单位根据具体情况弹性处理。培训活动应注意事前沟通，塑造学习气氛，从而加强学习互动，营造良好的学习氛围，逐步建立学习性组织。

⑥培训评估。培训的成效评估和反馈是不容忽视的。培训的成效评估一方面是对学习效果的检验，另一方面是对培训工作的总结。成效评估的方法分为过程评估和事后评估。前者重视培训活动的改善，从而达到提升实质培训成效的作用；后者则供人力资源管理部门的决策参考。从合理化的观点来看，最好是将两者结合起来。成效评估的方法有实验设计、准实验设计和非实验设计。具体而言，根Kirkpatrick的培训目标层次，成效评估方法采用以下方法：如果培训的目的在于了解参训者的反应，可以利用观察、面谈或意见调查等方式，从而了解参训者对培训内容、主题、教材、环境等的满意程度。如为了解参训者的学习效果，可以利用笔试或者心得体会，了解其知识增加程度。如为了解参训者行为的改变，可以对其行为观察及访谈其主管或同事。

2.企业实施培训虚拟管理有两种方式

(1)委托社会培训机构进行培训

这是实施虚拟化管理的最主要方式。作为被委托方的培训机构需要有良好的软硬件设施：一是拥有合格的培训管理人员和培训专家。二是拥有满足培训所需要的教学场所、实习基地，以及各种培训运作的前提。在培训规划阶段，由培训机构选派培训需求分析专家深入企业，帮助企业确定需要培训的内容，向企业主管领导提出建议并提供咨询。企业领导依据当前和今后业务发展的需要，确定培训的轻重缓急，并提出具体要求，培训机构则依照企业领导的要求制定培训计划。接着委托方和被委托方共同讨论拟出的培训计划，并以商业运作方式洽谈培训事宜。在培训实施阶段，作为委托方的企业可以根据培训规模大小及重要程度派出专职或兼职的督察员。在培训评估阶段，若是小规模的评估，通常只由培训机构按已制定的评估制度进行。若是规模较大投入较多的最终培训效果评估，为客观公正起见，可以聘请第三方（如专业评估机构）进行评估，也可以是企业、培训机构和专业评估机构共同组成评估小组予以评估。

(2)引导和鼓励员工进行自我开发式培训

自我开发式培训通常是这样一个学习过程：学习者即员工自我决策，自我分析需求，自我规划学习目标，自我决定学习方法并评价其结果。在这个过程中，企业方面应该做的：一是引导，即通过各项制度的建立和完善，积极营造企业的文化氛围，建立学习型组织。二是支持，企业应为员工的自我开发提供一些实质性的帮助。如企业可以邀请职业生涯发展顾问和培训专家帮助员工确定学习目标，制定学习计划；邀请教师定期或不定期的为员工提供辅导；为员工的自我开发提供力所能及的学习资源；保证员工工作之余有时间和精力进行自我开发等等。

(3)企业实施培训虚拟管理的最佳方式

企业实施培训虚拟管理的最佳方式应该是委托专业机构培训与鼓励引导员工自我开发相结合。这样可以集中以上两种培训方式的优点，并可减少或避免其缺点。其突出的优势主要表现在如下几个方面：一是相结合的方式可以进一步密切企业、员工和培训机构三者之间的关系，为取得更好的培训效果奠定基础。二是由于这种培训方式是企业、员工和培训机构三方共同投资，共担风险，共享收益，风险共担，这种利益共生体将最大限度地调动培训参与各方的积极性，能大大提高培训投资收益率。三是这种培训运作方式既能满足企业战略发展对培训的要求，也能满足员工个人的职业生涯发展对培训的需求。在培训中关注员工个人的需求，这是一种全新的企业培训意识，符合“以人为中心”的现代管理理念。

其中，甄别不同层次的培训管理机构、明确培训统筹单位与培训执行单位的分工协调、强化企业培训部、培训经理的工作要求是重要的内容。

参考文献：

[1]彼得・圣吉著.第五项修炼.北京:三联出版社，1996

[2](美)维娜・艾莉著刘明慈等译:知识的进步.珠海：珠海出版社，1998

[3]尹博等:学习型组织刍议.科学学与科学技术管理，1999,(7)

[4]余长国:知识经济社会的新型组织.经济师，1999,(1)

[5]张筱兰:虚拟现实技术对未来教育的影响.现代3M离教育，1999,(1)

第6篇：虚拟现实技术发展方向范文

关键词： 计算机多媒体技术；应用领域；发展趋势

中图分类号：TP23文献标识码：A文章编号：1671－7597（2012）0320041－01

曾经有人预言，90年代开始将是一个全新的多媒体时代。果不其然，事实证明，计算机多媒体技术进入一个快速发展的阶段。

1 计算机多媒体的概述

所谓计算机多媒体技术，是指文字、视频、图像、声音、动画等各种形式的媒体信息经过计算机的一些变换，最后转变为数字信息，然后通过友好的界面而显示出来的一种技术。其中文字、图像、视频、声音、动画、计算机程序等都可以归纳为多媒体。其实在现实生活中，我们经常可以看到计算机多媒体技术的应用，尤其是在教学过程中，传统教学模式与计算机多媒体技术的结合，使教学课程更加生动活泼，很多传统教学手段无法解决的难题，在如今数字化教学时代，都可以通过计算机多媒体技术来解决。

计算机多媒体技术的出现，将文件的处置带入一个新的境地，不论是文件的修改还是生成，同时网络通信将文件可以传到世界各地，且能够改善传统纸质文件保存时间不久远等缺点，可以将文件永久保存，当以后需要时可以通过互联网在计算机终端上打印出来。

2 计算机多媒体技术的研究内容

计算机多媒体技术涉及的内容比较比较多，但是主要的有几下几个方面：计算机多媒体数据的压缩、计算机多媒体数据的组织和管理、计算机多媒体信息的展现和交互、计算机多媒体的通信技术与分布处理技术等。

其中计算机多媒体数据压缩技术是一项重要的技术，像图像、视频、音频等信息所占的存储空间很大，所以将这些数据压缩是非常必要的，同时由于这些数据庞大且种类较多、关系复杂等原因，因此计 算机多媒体数据的组织和管理也比较重要。计算机多媒体技术与传统的信息技术相比，比较先进的一处就是，除了传统的信息技术的显示功能外，还可以将视觉、味觉、触觉、嗅觉等多种媒体信息结合起来，相互作用和合成。计算机多媒体中还有一个重要的技术就是多媒体通信技术，它弥补了传统的通信网络的很多不足之处。另外还有一种虚拟现实技术，用户只可应用人类的智慧和技能来考察和操作这个虚拟的世界。

3 计算机多媒体技术应用现状

现在计算机多媒体技术应用在多个领域，归结主要有以下几个领域：

1）计算机多媒体技术应用在通信领域。计算机多媒体技术在通信领域主要应用的一个方面就是数据压缩与编码技术。在通信领域，尤其是视听业务中，通过低延时的数高压缩比率、优质图像质量的良好的视频视听压缩技术来让视频视听达到趋于完美的境地。随着视频和视听技术业务的不断发展，一些更为优良的数据压缩和数据编码的算法和标准也会陆续出现。

计算机多媒体技术另一个在通信领域重要的应用就是数据的同步，比如在多媒体数据处理过程中的数据采集、数据传输、数据播放等，来实现数据的同步机制。

2）计算机多媒体技术应用在信息数据的处理方面。在信息数据处理方面，计算机多媒体技术的应用包括视频应用、音频应用、动画制作、虚拟现实等。

其中视频方面的应用包括视频编码和数字化视频。视频编码技术实现的是将数字化视频信号编码为视频信号，而视频数字化是利用视频采集卡将视频信号转换为数字视频文件后，然后存储在设备的过程。

音频应用则包括数字化的音频、语音合成、处理、识别等，为了使大部分的声像信息的使用更加的快捷，我们采用数字化的形式来进行存储和传输。

在动画设计制作方面，利用计算机多媒体技术制作的三维动画由于具有动感生动、效果逼真等一些优点，广泛应用于动画制作、电视电影广告拍摄、大型网游等中。

另外，现在计算机多媒体技术应用一个重要的研究方向就是虚拟现实，通过计算机多媒体技术与计算机仿真技术结合，创造出接近真实环境的模拟气氛，用户之身其中，感受如同在真实的世界中，这种技术现在用的比较多的领域有军事、医疗、网络游戏等。

3）计算机多媒体技术应用于人工智能领域。所谓人工智能，就是以模拟类似人类智能的方式，来扩展和延伸人类智能的一种方法或者技术。其研究领域包括计算机智能信息系统、计算机多媒体智能监控系统、计算机智能机器人、语言图像识别系统、专家系统等。

4）计算机多媒体技术在工业领域中的应用。现代企业在自身信息化管理和生产自动化控制的过程中，对信息的采集、监视、存储、传输、分析、处理等方面，如果能够应用到计算机多媒体技术，就可以节省成本、提高产品质量控制，处理信息的时候综合化、智能化，提高工业生产和管理的自动化控制水平。尤其是在生产过程中，设备的故障诊断和参数监测、工业生产实时监控等方面起着至关重要的作用，这也是未来计算机多媒体技术的一个发展方向。

4 计算机多媒体技术的发展趋势

计算机多媒体技术在未来的发展趋势主要有以下几个方面：

1）计算机多媒体技术未来的发展会更加趋于多类业务的结合，并且更加网络化。将计算机多媒体技术融合到通信和网络系统环境中，制造出来的二维、三维图像，加之一些设备如摄像头等的联接，就可以实现多种业务的融合，且无距离的集办公、娱乐、学习为一体。像我们常见的有计算机视频会议、聊天、信息整合和模拟现实等，更加强大宽阔的网络基础平台是促进计算机多媒体技术更加完善的必要条件。

2）计算机多媒体技术在安全领域和军事领域方面的应用及发展。现在计算机多媒体技术发展趋于智能化和嵌入式的方向发展，那么它对数据存储、处理、传输的设备和网络环境方面的安全性要求就会更加严格，在军事领域如军事信息管理系统、作战指挥模拟系统、军事教学系统等都会加入计算机多媒体技术，那么前景无可限量。

参考文献：

[1]柴亚辉、沈文枫、徐炜民、刘觉夫、郑衍衡，Searching for complete set of free resource rectangles on FPGA area based on CPTR[J].Journal of Shanghai University(English Edition)，2011（05）.

[2]张倬、陆宇凡、沈文枫、徐炜民、郑衍衡，Blocking optimized SIMD tree search on modern processors[J].Journal of Shanghai University(English

Edition)，2011（05）.

第7篇：虚拟现实技术发展方向范文

关键词：计算机；机械电子；电子控制；产业领域

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 10-0081-01

一、前言

随着经济技术的不断发展进步，计算机技术已经取得了突破性的发展，并渗透到各个领域中。特别是在机械与电子控制领域中，占据着非常关键的地位，当前机械及电子控制领域中对于计算机依赖程度还在不断上升，本文正是在这种背景下展开分析与研究的。

二、计算机控制理论及技术发展背景分析

（一）计算机控制理论的发展分析

随着当前社会不断发展和进步，计算机控制理论的发展也日益成熟，且在机械与电子控制领域中得应用也愈加广泛。自从第一台计算机在问世以后，就开始运用到生产中过程参量的检测工作中，并通过对相关数据信息进行处理，促使计算机控制理论不断发展及控制系统的不断完善形成。随着计算机控制技术的进一步发展，至上世纪60年代时，已经出现了专门用于过程控制管理的计算机，并通过计算机成功实现了直接对数字进行控制。

当前计算机控制理论的不断发展，导致计算机发展技术已经从传统集中式的控制系统转变为微处理器作为核心分层式的控制系统，且利用计算机可以直接监控机械及电子控制领域的所有环节。从而有力的降低了人工成本，并提高了机械及电子控制领域中的工作效率。

（二）计算机发展技术分析

当前，技术发展更新速度很快，计算机处理器也在进行相应的变革，而随着计算机处理器不断更新换代，计算机的控制技术也将随之不断发生变化，最终对机械及电子控制领域产生重大影响。

首先，是可视化发展技术，它包括了数据库及监测信息的可视化，同时还包括可视化相关设计辅助技术等。通过可视化发展技术，可以有效确保有限元法在机械及电子控制领域中的应用精确性与可靠性，从而提高计算机在机械与电子控制领域中得应用效率。

虚拟现实的技术，即VR技术，它是一项可以被创建，并能够有效模拟和体验现实中世界的技术。通过需虚拟现实的技术，可以将真实世界中各类媒体信息完美融入于虚拟世界中，并有效的构造了可以各个层次中交互进行信息处理的虚拟用户信息空间。

多媒体的仿真技术，它是建立在计算机的可视化及仿真技术的基础之上的，通过仿真技术，不同的媒体形态对不同性质模型信息进行模拟，并且将系统行为、系统形态、物理模型、数学模型与相应的时空展现模式，统一进行建模并求解。仿真技术的这种运用特点，更加适合科学研究与工程设计需要，因此得到了工程界中的普遍重视。

PLC技术，也称为可编程控制器，已经被广泛运用到机械与电子控制领域中。它是将计算机与自动化控制技术融为一体的控制系统，通过这个系统，有效的解决了机械及电子控制系统领域中的开关控制等问题，并逐渐替代高能耗与高故障率继电器的控制系统。当前随着PLC控制技术的不断发展进步，它的应用领域也在不断地扩大，除了可以收集并存储电子运行数据以外，还可以监控整个控制系统[1]。

同时，通过PLC技术，还可以编制多元化控制算法的程序，以实现闭环进行控制，这类控制系统被广泛运用于化工、冶金、锅炉控制与热处理等场合中。而且随着工厂自动化网络技术发展，PLC技术可以实现联网通信等功能，从而在工业生产控制的监控工作中得到更加广泛的运用。

此外，多媒体的通信技术等，可以通过网络在不同的计算机间相互进行多媒体信息传输。而计算机的辅助设计技术中，获得应用成功如建筑与设备中CAD结构制图软件。其次，还有工程信息计算机管理系统，它是借助工程信息的管理系统，即MIS工程信息的数据库及地理信息系统GIS与互联网环境等实现。

三、计算机技术在机械与电子控制领域中的具体应用分析

（一）在交通领域中信号灯控制实际运用分析

交通领域中，信号灯控制管理系统，这是计算机应用于电子控制系统中最典型的案例。信号灯控制系统是利用计算机编程控制器技术来对十字路口中信号灯的动作实施控制，并且通过准确掌握信号灯变灯动作进行时间控制，来为交通安全出行提供重要的技术支持。

（二）自动贩卖机中计算机控制运用分析

自动贩卖机工作原理完美的展示了计算机在机械及电子控制领域中的应用，自动贩卖机按照顾客的自身需求来选择商品，当顾客按下贩卖机中商品的开关时，所投入硬币值通过计算机控制器数码驱动管显示出来，再利用光传感器进行识别与判断，再进行下一步的操作。自动贩卖机主要是利用PLC控制与信号的输出来实现商品售卖的全过程，通过这种技术应用，使得人们生活更加便捷，并且也拓展了PLC技术的应用范围。

（三）农业机械化与电子控制中的计算机运用分析

近几年以来，我国不断加大对于农业生产的投资力度，以提升农业的机械化发展水平，最终改善农民的生产作业条件。而计算机就在农业的机械化发展过程中得到了广泛的运用，如农业机械操作空间与驾驶室仪表盘等，正是计算机技术于机械及电子控制领域中应用的最好说明。当前农业机械的驾驶室中，电子仪表已经代替了传统的仪表盘，且原来单一的参数显示已经朝着人机交互式智能化的发展方向转变[2]。通过电子仪表的显示屏，可以针对不同终端信息任意进行选择，且可以很方便的将农业机械的相关作业数据收集存储至相应存储卡里边，从而可以将农业作业中相关数据很方便的传输到办公室中进行分析研究。

此外，还可以将管理者决策与操控指令等传输到农业机械中智能控制的终端，以促进农机操作自动控制的实现。

（四）工业机器人的运用分析

工业机器人指的是可以自动进行控制，并可以重复进行编程、多功能及多自由度的计算机操作机，它涉及了计算机、电子控制、机械等专业技术，并且在确保操作者人身安全的前提下，有效改善作业环境、减轻作业强度，同时提高工业的劳动控制。因此由计算机和网络技术结合产生的工业机器人正被广泛运用到机械与电子控制领域中，日益改变着人类日常生产生活方式。

四、结束语

综上所述，随着计算机技术的不断发展，计算机在机械与电子控制领域中的应用范围也在不断扩大。通过计算机技术，有效的改善了机械及电子控制领域的作业环境，并极大的降低了作业强度和提高了作业安全。同时可以预见，随着经济技术进一步发展，计算机技术在机械与电子控制领域中的应用也将更加完善。

参考文献：

第8篇：虚拟现实技术发展方向范文

论文摘要：随着虚拟现实技术的出现，城市规划建设发生了革命性的变化。而虚拟现实建模语言vrml正是相应其产生的，人们可以根据自己的丰富的想象力模拟构造出任意模型，从而实现城市规划的预见。当然，也可以从模型中发现缺点和不足，从而做进一步的改进和完善。本文正是基于这种技术和vrml开发工具实现了城市的仿真，能够使政府规划部门、项目开发商、工程人员及公众可以从任意角度，实时互动真实地看到规划效果，更好地掌握城市的形态和理解规划师的设计意图，公众的参与也能真正得以实现。

本文研究的主要是虚拟现实技术在城市规划领域中的应用。意义在于针对现代城市建设的盛行，利用环境学、工程学、规划设计等的综合，将虚拟现实技术运用其中，实现对城市的仿真，更真实、鲜明、生动地展现城市面貌，便于对城市规划的可行性研究，有利于城市的规划，建设和完善。

 

abstract ：the city planning and layout have been revolutionized by the advent of the virtual reality technology. and virtual reality modeling language happens to come into being going with it. people could construct any model according to his imagination, consequently the expectation of the city planning can be achieved. certainly we could find out the error and insufficiency, so that we could modify and improve it. the article bases on this technology and vrml exploitation tool to implement city emulation. it can make government layout department, project developer, engineering person and public set eyes on layout result in spots and commutatively by applying vr technology, and make them grip the city’s conformation and understand the purpose of the designer, and the participation of the public could come true.

this paper is mainly about the application of the virtual reality technology to the city planning. the significance is that it can realize city emulation by applicating euthenics, engineering, layout and vr technology. consequently we can show the more real, brilliance, dramatic city’s visage, so that it makes the feasibility research of the city planning more simple and it in favor of city planning, city’s construct and city’ perfect.

 

keywords ：virtual reality；city planning；modeling；emulation

第一章  绪 论

1.1  什么是虚拟现实技术

虚拟现实是计算机模拟的三维环境，是一种可以创建和体验虚拟世界（virtual world）的计算机系统。虚拟环境是由计算机生成的，它通过人的视、听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境的感觉的视景仿真。它是一门涉及计算机、图像处理与模式识别、语音和音响处理、人工智能技术、传感与测量、仿真、微电子等技术的综合集成技术。用户可以通过计算机进入这个环境并能操纵系统中的对象并与之交互。

虚拟现实不是真的，也不是现实，它只是一个在桌面上可实时地做交互式三维图形用户界面的工具。就像窗口系统及鼠标驱动用户界面一样，虚拟现实可使计算机的运用更加有效、透明。根据设计者的构想，用户可以沉浸到数据空间中，将用户在一定时间内与现实环境相隔离，然后投入到可实时交互的虚拟环境中，并且驾驭其中的数据，使人有一种身临其境的感觉。

虚拟现实是一门综合技术，它以计算机技术为主，综合利用计算机三维图形技术、模拟技术、传感技术、人机界面技术、显示技术、伺服技术等，来生成一个逼真的三维视觉以及嗅觉等感觉世界，让用户可以从自己的视点出发，利用自身的功能和一些设备，对所产生的虚拟世界这一客体进行浏览和交互式考察[1]。

虚拟现实有三大特点：浸沉感、交互性和构想性。

浸沉感指的是人浸沉在虚拟环境中，具有和在真实环境中一样的感觉； 

交互性指在虚拟环境中体验者不是被动地感受，而是可以通过自己的动作改变感受的内容；

构想性指虚拟的环境是人构想出来的，因而可以用以实现一定目标的用途。

1.2  虚拟现实技术的发展前景

虚拟现实（virtual reality，vr）是近来计算机网络世界的热点之一，在社会生活的许多方面有着非常美好的发展前景，更是数字地球概念提出的依据和基础技术。

虚拟现实的应用领域十分广泛，主要在工程设计、计算机辅助设计（cad）、数据可视化、飞行模拟、多媒体远程教育、远程医疗、艺术创作、游戏、娱乐等方面。 web的出现更使虚拟现实技术引起人们普遍的关注。人们对它寄予厚望，希望利用这个技术使世界各地的人，可以在三维环境下交流。多个用户可以进行基于文本的或是声音技术的闲谈，在网上建立一个真正的三维社区已不再只是梦想中的事[2]。

虚拟现实发展前景十分诱人，而与网络通信特性的结合，更是人们所梦寐以求的。在某种意义上说它将改变人们的思维方式，甚至会改变人们对世界、自己、空间和时间的看法。它是一项发展中的、具有深远的潜在应用方向的新技术。利用它，我们可以建立真正的远程教室，在这间教室中我们可以和来自五湖四海的朋友们一同学习、讨论、游戏，就像在现实生活中一样。使用网络计算机及其相关的三维设备，我们的工作、生活、娱乐将更加有情趣。因为数字地球带给我们的是一个绚丽多彩的三维的世界!

我们相信社会的发展和技术的创新使这一切在世界的任何地方都能做到，再不需等待可望而不可及的将来，或许就在十年以后，或许二十年以后。

1.3  国内外虚拟现实技术的研究概况

美国是vr技术的发源地。美国vr研究技术的水平基本上就代表国际vr发展的水平。目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。

在当前实用虚拟现实技术的研究与开发中日本是居于领先位置的国家之一，主要致力于建立大规模vr知识库的研究。另外在虚拟现实的游戏方面的研究也做了很多工作。但日本大部分虚拟现实硬件是从美国进口的。

在vr开发的某些方面，特别是在分布并行处理、辅助设备（包括触觉反馈）设计和应用研究方面，在欧洲英国是领先的。到1991年底，英国已有从事vr的六个主要中心，它们是windustries（工业集团公司），british aerospace（英国航空公司），dimension international，division ltd，advanced robotics research center和virtual presence ltd（主要从事vr职产品销售）[3]。

和一些发达国家相比，我国vr技术还有一定的差距，但已引起政府有关部门和科学家们的高度重视。根据我国的国情，制定了开展vr技术的研究，例如，九五规划、国家自然科学基金会、国家高技术研究发展计划等都把vr列入了研究项目。 在紧跟国际新技术的同时，国内一些重点院校，已积极投入到了这一领域的研究工作。

北京航空航天大学计算机系是国内最早进行vr研究、最有权威的单位之一，他们首先进行了一些基础知识方面的研究，并着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发出了部分硬件，并提出了有关算法及实现方法；实现了分布式虚拟环境网络设计，建立了网上虚拟现实研究论坛，可以提供实时三维动态数据库，提供虚拟现实演示环境，提供用行员训练的虚拟现实系统，提供开发虚拟现实应用系统的开发平台，并将要实现与有关单位的远程连接[3]。

浙江大学cad&cg国家重点实验室开发出了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统，另外，他们还研制出了在虚拟环境中一种新的快速漫游算法和一种递进网格的快速生成算法。

哈尔滨工业大学计算机系已轻成功地虚拟出了人的高级行为定人脸图像的合成，表情的合成和唇动的合成等技术问题，并正在研究人说话时头势和手势动作，话音和语调的向步等。

还有其他一些大学在虚拟现实发面取得了骄人成绩，在这里就不再介绍了。总之，虽然我们和其他一些发达国家相比还存在差距，但我国的发展前景还是很光明的，需要大家的不懈努力。

1.4  本文研究的主要内容

本文主要是介绍了虚拟现实技术极其应用，及其相应的实现工具vrml语言。通过对城市的模拟设计，更深入的了解虚拟现实技术及掌握vrml语言的使用。

第一章主要讲了虚拟现实技术的基础知识、发展前景以及现今国内外的发展状况。以便让读者对虚拟现实技术有一定的了解。

第二章主要讲了虚拟现实技术的实现工具vrml语言的发展历史，虚拟现实与vrml的联系以及vrml的创作原理等，目的是使得读者可以很快掌握vrml。

第三章是系统的概要设计，主要讲了虚拟现实技术的应用和vrml的使用。通过介绍虚拟现实技术在城市规划领域的应用，物理建模技术以及城市模型的概要设计，使得读者对虚拟现实技术的了解更加深入和透彻。

第四章主要讲了系统的详细设计，主要是告诉读者怎样利用vrml语言实现模型的虚拟实现。通过本章的学习可以使读者的运用vrml语言的能力大大增强。

第五章主要讲了在系统的设计过程中遇到的问题及相应的解决方法。

第二章  vrml简介

2.1  vrml的发展历史

vrml使用场景图数据结构来建立3d实境，这种数据结构是以sci开发的open inventer 3d工具包为基础的一种数据结构。vrml的场景图是一种代表所有3d世界静态特征的节点等级：几何关系、材质、纹理、几何转换、光线、视点以及嵌套结构。几乎所有的生产三维产品的厂商，无论是cad、建模、动画、虚拟现实，还是vrml,它们的结构核心都是场景图。

1993年9月，tong parisi和mark pesce开发了第一个vrml浏览器，称为labyrinth，它是www上三维浏览器的原形。

1994年春，在日内瓦第一届www大会上，由tim berners-lee和dave raggett所组织的一个名为bird_of_feather (bof)的小组提出了vrml这个名字，当时所代表的含义是virtual reality makeup language，但是后来为了反映三维世界的建立而改成了virtual reality modeling language，缩写为vrml。在这次大会以后，一个www-vrml mail list的组织成立了，silicon graphics，inc(sgi)的gavin ball通过选择open inventor文件格式中的基本元素，增加必要的www特征，制定的方案经修订，在1994年第二次www大会上公布为vrml1.0的初稿。

另一位sgi的原open inventor设计师paul strauss开始作一个vrml公共域的词解程序，当时流行于业界的名字叫qvlib。这个程序的作用是把vrml的可读文件格式转换成浏览器可理解的格式。这个词解程序于1995年1月公开。它可以安装到各式各样的平台上，从此，各种浏览器私雨后春笋般兴盛起来[4]。

1996年8月在sgi的 moving worlds提案基础上形成vrml2.0。vrml2.0在vrml1.0的基础上进行了很大的补充和完善。

vrml2.0的dis就是以vrml2.0为基础制定的，于1997年4月提交国际标准化组织iso jyci/sc24委员会审议，依照惯例命名为vrml97。

1998年12月在原vrml组织的基础上成立了web3d联盟，致力于vrml ng标准的制定，并致力于制定x3d网络三维标准。在x3d的旗帜下，vrml将结合java3d和xml等技术，成为internet上三维虚拟世界的主要标准。

2.2  vrml与虚拟现实技术

虚拟现实的英文名称为virtual reality，简称vr，即利用计算机的高科技手段构造出一个虚拟的世界，使参与者获得与现实一样的感觉。虚拟现实是一个在当今国际上倍受瞩目的课题。

当计算机技术尚未出现的时期，仿真只能在实物上进行，这一阶段的仿真称为模拟仿真。其特点是：由于仿真是在实物上进行，因而实时性强且精度较高，但是实施的难度和费用都较大。在计算机技术问世且被引入仿真领域的初期，仿真技术步入了半模拟半数字的阶段。这时系统中的一些部分由计算机代替，另一部分则由实物充当，所以，在一定程度上仍然保留着实时性仿真的特点[5]。

80年代后期，仿真在诸多方面都发生了重大的转变，仿真研究的对象已由连续转向离散事件系统。仿真已由重视实验转向重视建模与结果分析。计算机已成为一种重要的仿真工具。计算机仿真是一门利用计算机模拟真实系统进行科学实验的技术。

由于从强调并重视与人工智能结合转向强调与图形技术和对象技术结合，仿真系统的交互性大大加强。就应用领域方面而言，仿真已从研究制造对象的动力学、运动学特性及加工、装配过程，扩大到研究制造系统的设计和运行，并进一步扩大到后勤供应、库存管理、产品开发过程的组织、产品测试等，涉及到企业制造活动的各个方面。这些转变明显地说明，计算机仿真已经进入了一个崭新的发展阶段，它的重要性与特殊功能已越来越突出。虚拟现实促进了仿真技术的发展。虚拟现实是采用计算机仿真技术生成的一个逼真的、具有视、听、触、嗅、味等多种感知的虚拟环境，置身于该环境中的人们可以通过各种传感交互设备与这一虚构的现实进行相互作用，达到彼此融为一体的程度。近年来随着信息技术的发展，特别是高性能海量并行处理技术、可视化技术、分布处理技术、多媒体技术和虚拟现实技术的发展，使得建立人机一体化的、分布的、多维信息交互的仿真模型和仿真环境成为可能，仿真因此形成一些新的发展方向，如可视化仿真、多媒体仿真、虚拟现实仿真等[5]。

2.3  vrml原理

1.vrml对三维虚拟世界的描述

vrml规定了3d应用中大多数常见的功能。

(1)建模能力，vrml定义了类型丰富的几何、编组、定位等节点，建模能力较强。                                       

基本几何形体：box、sphere、cone、cylinder

    构造几何形体：indexlineset、indexfaceset、extrusion、piontset、elevationgrid

    造型编组、造型定位、旋转及缩放：group、transform

    特殊造型：billbord、backgroud、text

基本几何形体节点只能作十分有限的几种造型，用点、线、面索引节点及拉伸节点就可以构造任意复杂的实体形状。特殊造型节点可用于场景中的文字、背景颜色等设置。造型编组可以用来描述装配关系，其中transform节点可以确定装配位置、方向。

(2)真实感及渲染能力，通过提供丰富的相关节点的渲染，可以很精细地实现光照、着色、纹理贴图、三维立体声源。

    光照：headlight、spotlight、pointlight、directionlight

    材质着色：material、appearance、color、colorinterpolator

    纹理：imagetexture、movicetexture、pixeltexture、texturetransform

    雾：fog

    明暗控制说明：normal、normalinterpolator

    三维声音：sound

场景光照的设置直接影响观察者的视觉效果，这几种光照节点可以提供各种虚拟场景的光源。不同材质的物体色彩及反光效果不同，vrml的材质及着色节点的使用可以仿造如同真实物体给出的视觉效果。文理节点可以对实体表面粘贴图片或进行像素点的设置以使实体具有同实物一样的表面花纹。雾、明暗控制都对场景的光线反射有影响。声音节点可以在场景中模拟出实际空间可能产生的各种声响，如音乐、碰撞声等[6]。

(3)观察及交互手段，传感器类型丰富，可以感知用户交互。视点可以控制对三维世界的观察方式。

    传感器：cylindersensor、planesensor、visibilitysensor、proxymitysensor、spheresensor、touchsensor

    控制视点：viewpoint、navigationinfo

各种传感器节点可以感知用户鼠标的指针，touchsensor节点在数控车床操作按纽功能的仿真中十分有用。视点控制可以预先提供给用户一些更好的观察角度。

(4)动画，vrml提供了方便的动画控制方式。

关键帧时间传感器：timesensor

线性插值器及姿态调整：coordinateinterpolator、orientationinterpolator、scalarinterpolator

这两组节点的配合使用可以产生场景中的动画效果，关键帧时间传感器节点驱动线性插值器节点按时间顺序给出关键值插值，这些插值就是关键震动画时控制实置、状态所需要的中间过渡值。

(5)细节等级管理及碰撞检测：lod、collision

细节等级管理是对复杂实体的细节显示加以控制，使该实体可在视点外或远离视点时不显示或粗略显示。vrml自身提供的碰撞检测是指观察者在虚拟场景中的替身与实体的碰撞。

(6)超链接及嵌入：anchor、inline

这两个节点使vrml可以由一个虚拟场景直接链接到另一个场景，或者将另一个场景中的实体嵌入自己的场景中。

2.vrml的执行模式

通过使用vrml的script节点编程、与java间事件访问和建立场景图内部消息通道能够很方便的实现虚拟实体的交互和动画功能。vrml场景图可以接受两种事件驱动：从路由语句传过来的入事件及由外部程序接口写入的直接事件。路由语句说明由场景传出的每一条消息的传递路径，也就是从一个节点的出事件域传出的事件传递到一个节点的入事件域。场景中传感器节点通常定义了触发事件，它通过路由发送到场景图的其他节点的入事件域。如传感器节点的触发事件直接传递到插补器节点产生关键值插值，也可以传递script节点进行运算处理产生关键值插值。script节点的处理过程就是javascript语法编写脚本程序。script节点还可以通过url域引入java程序到其他需要的节点，比如传送给实体改变它的位置、形状。由外部程序接口写入的直接事件不需要路由图传递，但其他执行过程都是一样的。如果需要外部程序的响应，它应该能够有读取节点出事件域数据的接口[7]。

2.4  vrml的创作工具

创作vrml可以用你喜欢的文本编辑器，如windows95下的notepad，dos下edit等。当然，最后要奖文件保存为以 .wrl为后缀的文件。对于复杂的三维造型，如果vrml语句逐句写出，那么其工作量是非常大的，有时也是无法完成的，幸运的是有很多大型的具有三维造型功能的软件都开发了vrml文件的输入输出，人们可以利用这些造型工具直观快速的创建一个三维空间，然后输出为 .wrl后缀的文件。这样对于复杂的三维造型vrml环境中显示就不成问题了。

推荐读者使用的vrml创作工具是vrmlpad，它是一种功能强大且简单好用vrml开发设计专业软件，其完全vrml97标准。vrmlpad可以对vrml文件进行浏览编辑，对资源文件进行有效的管理，并且提供了vrml文件的向导，可以帮助开发人员编写和开发自己的vrml虚拟现实作品[8]。

 

第三章  系统的设计

3.1  虚拟现实技术在城市规划领域的应用

3.1.1  概况

随着全球知识经济的兴起，信息产业正以前所未有的速度蓬勃发展，上至政府、军队，下到各企事业单位都开始重视信息技术的创新研究和长远发展，并已经或准备给予大量的投入。而作为信息技术发展重要驱动力的“虚拟现实”技术，也随之成为人们关注的热点之一。

由于城市规划的关联性和前瞻性要求较高，城市规划一直是对全新的可视化技术需求最为迫切的领域之一。从总体规划到城市设计，在规划的各个阶段，通过对现状和未来的描绘（身临其境的城市感受、实时景观分析、建筑高度控制、多方案城市空间比较等），为改善人居生活环境，以及形成各具特色的城市风格提供了强有力的支持。规划决策者、规划设计者、城市建设管理者以及公众，在城市规划中扮演不同的角色，有效的合作是保证城市规划最终成功的前提。vr技术为这种合作提供了理想的桥梁，运用vr技术能够使政府规划部门、项目开发商、工程人员及公众可从任意角度，实时互动真实地看到规划效果，更好地掌握城市的形态和理解规划师的设计意图，这样决策者的宏观决策将成为城市规划更有机的组成部分，公众的参与也能真正得以实现。这是传统手段如平面图、效果图、沙盘乃至动画等所不能达到的[9]。

3.1.2  虚拟城市的有机组成

仿真的虚拟环境

类似于时下流行的三维动画，同样是通过强大的三维建模技术建立逼真的三维场景，对规划项目进行真实的“再现”。但是vr技术建立的虚拟环境是由基于真实数据建立的数字模型组合而成，严格遵循工程项目设计的标准和要求，属于科学仿真系统；而传统动画的三维场景则是由动画制作人员根据资料或想象绘制而成，与真实的环境和数据有较大的差距，严格意义上来说属于一种演示作品。

多方式、运动中感受城市空间

在虚拟现实系统中，可以全方位,多种样式（步行、驱车、飞行、ufo等）,完全由用户自由控制在场景中漫游。vr技术与传统的三维动画最根本的区别就是：传统动画的观察路径都是预先设定好的，用户只能按照事先设定的路径浏览场景；而vr技术可以由用户在三维场景中任意漫游，人机交互，甚至还可以使用专用的头盔把用户的视觉、听觉及其他感觉封闭起来，产生一种身临其境的错觉。这样一来，很多不易察觉的设计缺陷能够轻易地被发现，减少由于事先规划不周全而造成的无可挽回的损失与遗憾，大大提高了项目的评估质量。

实时多方案比较

运用虚拟现实系统，我们可以很轻松随意的进行修改，改变建筑高度，改变建筑外立面的材质、颜色，改变绿化密度，……所看即所得，只要修改系统中的参数即可，而不需要象传统三维动画那样，每做一次修改都需要对场景进行一次渲染。这样不同的方案、不同的规划设计意图通过vr技术实时的反映出来，用户可以做出很全面的对比，并且虚拟现实系统可以很快捷、方便的随着方案的变化而作出调整，辅助用户做出决定。从而大大加快了方案设计的速度和质量，提高了方案设计和修正的效率，也节省了大量的资金。

  三维空间信息交流

虚拟现实系统的沉浸感和互动性不但能够给用户带来强烈、逼真的感官冲击，获得身临其境的体验，还可以通过其数据接口与gis信息相结合，即所谓的vr-gis，从而可以在实时的虚拟环境中随时获取项目的数据资料，方便大型复杂工程项目的规划、设计、投标、报批、管理等需要。此外，虚拟现实系统还可以与网络信息相结合，实现三维空间的远程操作。

公众参与与方案展示

对于公众关心的大型规划项目，在项目方案设计过程中，虚拟现实系统可以将现有的方案导出为视频文件用来制作多媒体资料予以一定程度的公示，让公众真正的参与到项目中来。当项目方案最终确定后，也可以通过视频输出制作多媒体宣传片，进一步提高项目的宣传展示效果。

3.1.3  虚拟现实技术对城市规划的影响

1．城市规划管理

信息技术对城市规划管理的影响主要表现在办公自动化方面，目前的办公自动化方面，目前的办公自动化主要是提高城市规划管理部门内部的管理水平、质量和效率。随着社会的信息化，通过因特网可以建立城市规划管理部门与城市建设者之间的有效信息通信渠道，可以通过因特网实现网上报建，报建单位只要在本单位与因特网相连的计算机就可完成报建过程和提供所需的材料，规划审批可以在因特网上完成。

规划管理与规划设计更紧密的结合，实现管理与设计的一体化，审批的结果可以电子数据的形式迅速的反馈给设计部门，而设计部门可尽快地将设计结果以电子数据的形式提交给管理部门，这些信息的传输可以通过因特网来完成。

通过因特网可以进行规划评审，各地的专家可以在家里对规划成果进行评审，规划成果将利用虚拟现实技术展现专家所需的各种信息（如建筑物三维动态模型），通过网络会议交流意见，专家甚至可以实时与规划师交流，提出自己意见和设想，并可以较快地通过建立数字模型加以证实[10]。

2．城市规划设计

城市规划设计将更广泛应用cad和gis技术，而计算机图形输入技术的改进和智能化，五笔输入技术，使规划设计师进行设计更为方便，而不影响灵感产生。

设计过程中所需的数据将数字化，使其获取变得更加容易、更加方便，可以采用遥感图像直接作为背景进行设计，而各种地下管线的资料由于数据库的建立而更加方便的获得。现在比较难以得到的人口空间分布、交通流量等信息由于相应信息系统建立而能很方便地获得。

虚拟现实技术的发展与应用，使规划设计成果的三维动态建模更加方便，设计成果更加形象和直观。

在规划设计和规划审批中由于规划成果的数字化，使得对各种规划成果和方案的定量分析、模拟和预测成为可能，经济可行性分析也更为方便，促进规划决策的科学化。

通过因特网由分布在全球各地的规划设计专家共同合作完成设计也将成为可能，这样可以构建了一个不受规划师的空间分布制约的虚拟设计事务所。

3．公众参与

公众可以通过因特网动态了解规划设计方案和参与规划审批，而且规划方案与成果的表现形式由于采用虚拟现实技术和多媒体技术更为直观和形象，使公众能更好的理解规划师的意图，公众通过因特网发表个人的意见，与规划师、管理人员和其它有关人员进行直接对话，使公众参与更加有效，促进决策过程的民主化。

4．城市规划研究与教育

因特网构成了一个巨大的电子图书馆，各种城市规划研究成果将以电子出版物的形式出现，城市规划研究者将通过因特网查到各种城市规划资料，并可通过电子邮件、bbs（电子公告栏）及其它一些网络通信方式进行交流。

因特网同时也将成为一个庞大的远程教育网，城市规划专业的学生可以通过因特网利用多媒体技术学习城市规划的理论与知识。

在信息时代，电子游戏也将成为一个很好的教育手段，城市规划方面的游戏软件将出现，可以对规划设计与审批及城市建设过程进行模拟，使城市规划学习及城市规划的宣传与教育通过玩电子游戏的过程来完成。

总之，信息时代的到来，使人类构造了一个与现实世界相对应的虚拟的信息世界，人们将生活在由原子组成的现实空间和由比特（bit）构成的信息空间(cyberspace)中，现实空间与信息空间的物理界面（interface）是由计算机及网络和数据库构成的信息基础设施，人们通过这一界面可跨越现实空间与一些时间的限制，了解现实世界的过去和现在，预测未来，进行思想交流。城市规划将在信息空间中构造城市发展的蓝图，并通过建设者在现实世界中实现。

3.2  物理建模技术

3.2.1  人工的几何建模方法

由构造vr的观点看，几何建模是构造vr的致命技术，它的限制可能妨碍vr的进展。vr研究将受益于共享的开放的建模环境，包括物理建模环境等。为了加深理解，需要回顾三维几何模型怎样获取。下面回顾几个vr工作所报告的模型获取过程。vr的几何建模一般通过基于pc或基于工作站的cad工具获取。在北卡大学漫游建筑的项目中，autocad用于产生构成一座教堂几何模型的12000个多边形。讨论的一个问题是"由为其它目的写的cad程序中取出要求的数据"。由autocad产生的文件取出三维几何并不困难，但问题是并非所有要求的数据都以vr要求的形式提供。特别是没有提供有关建筑物实际物理的数据，用于实时漫游算法的划分信息，以后由手工或专用程序加入。

vpl reality built for two (rb2) 系统使用macintosh ⅱ，作为固体建模的设计站，用iris工作站作为绘制/显示站。rb2是用于设计和实现实时vr的软件开发平台。在rb2下开发是快速的交互的，具有可实时编辑的属性约束和交互。rb2的几何建模功能利用了软件模块rb2 swivel和数据流/实时动画控制台body electric。rb2在组织上有大量跟随者，他们没有足够的资源开发自己的vr。rb2是交钥匙系统，它的几何物理文件格式是专有的。

在npsnet项目中，初始的三维插图集由simnet数据库得到。这些模型知道的武器系统的三维外表比simnet少得多。结果，研究者开发了保存这些三维模型的开放格式，把物理模型增加到格式中，并改写了系统，包含了面向对象的动画能力。例如，npsnet研究组正在利用multigen cad工具开发无物理的模型，这用于sgi基于performer的npsnet-4系统。有物理的cad系统已开始开发，但还很贵，只是专用的。许多ve应用要复制真实世界。不是用手建立模型，最好利用视觉或其它感觉自动获取模型。自动获取复杂环境模型(如工厂环境)当前还不现实，但这是合适的课题。同时，自动或接近自动获取几何模型，现在在某些情况是现实的。部分自动的交互式获取在不久将是可行的。现在已有利用激光扫描建立实际物体三维外形的设备出售。

3.2.2  自动的几何建模方法

三维扫描仪（3 dimensional scanner）又称为三维数字化仪（3 dimensional digitizer）。它是当前使用的对实际物体三维建模的重要工具。它能快速方便的将真实世界的立体彩色信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了有效的手段。它与传统的平面扫描仪、摄像机、图形采集卡相比有很大不同。首先，其扫描对象不是平面图案，而是立体的实物。其次，通过扫描，可以获得物体表面每个采样点的三维空间坐标，彩色扫描还可以获得每个采样点的色彩。某些扫描设备甚至可以获得物体内部的结构数据。而摄像机只能拍摄物体的某一个侧面，且会丢失大量的深度信息。第三，他输出的不是二维图像，而是包含物体表面每个采样点的三维空间坐标和色彩的数字模型文件。这可以直接用于cad或三维动画。彩色扫描仪还可以输出物体表面色彩纹理贴图。

1．三维信息获取技术

早期用于三维测量的是坐标测量机（cmm）。目前，cmm仍是工厂的标准立体测量装备。它将一个探针装在三自由度（或更多自由度）的伺服装置上，驱动探针沿三个方向移动。当探针接触物体表面时，测量其在三个方向的移动，就可知道物体表面这一点的三维坐标。控制探针在物体表面移动和触碰，可以完成整个表面的三维测量。其优点是测量精度高。其缺点是价格昂贵，物体形状复杂时的控制复杂，速度慢，无色彩信息。

机械测量臂借用了坐标测量机的接触探针原理，把驱动伺服机构改为可精确定位的多关节随动式机械臂，由人牵引装有探针的机械臂在物体表面滑动扫描。利用机械臂关节上的角度传感器的测量值，可以计算探针的三维坐标。因为人的牵引使其速度比坐标测量机快，而且结构简单，成本低，灵活性好。但不如光学扫描仪快。也没有彩色信息。faro和immersion公司提供这类产品。

借助雷达原理，发展了用激光或超声波等媒介代替探针进行深度测量。这是激光或超声波测距器。测距器向被测物体表面发出信号，依据信号的反射时间或相位变化，可以推算物体表面的空间位置，称为"飞点法"或"图像雷达"。不少公司开发了用于大尺度测距的产品（如用于战场和工地）。小尺度测距的困难在于信号和时间的精确测量。leica和acuity推出了采用激光或红外线的测距器。senix公司推出了超声波测距器。它受遮挡的影响较小。但要求测量精度高，扫描速度慢，而且受到物体表面反射特性的影响。

基于计算机视觉原理提出了多种三维信息获取原理。这包括单目视觉法，立体视觉法，从轮廓恢复形状法，从运动恢复形状法，结构光法，编码光法等。其中的结构光法，编码光法成为目前多数三维扫描设备的基础。这些方法可以分为被动式和主动式两大类。被动式法的代表是立体视觉法。主动式法的代表是结构光法，编码光法。光学扫描的装置比较复杂，价格偏高，存在不可视区，也受到物体表面反射特性的影响[11]。

用于获得物体内腔尺寸的方法之一是工业ct。它以高能x射线对零件内部进行分层扫描。它的缺点是精度不高，价格昂贵，且存在放射性危害。

美国cgi公司生产的自动断层扫描仪（automatic cross section scanner, acss）可以克服这些缺点。但要求对被测物体进行破坏。

2．三维扫描系统的关键技术

在硬件和控制技术方面，扫描运动的伺服装置要求精度高，运行平稳，可定位性好。用电子扫描代替机械扫描是当前的趋势。各类传感器要求精度高，分辨率高，噪声小。

三维信息获取技术方面，三维信息获取的原理应综合考虑精度，速度，易实现性，易使用性，成本，使用背景等。原理确定后，还要注意实施方案，采用巧妙的技术策略，提升产品的性能。还要研究计算模型和误差模型，了解误差的原因，误差的传递，误差的校正和消除。往往还要包括数据的预处理和后处理技术。

色彩信息获取方面，物体的色彩由三个因素确定: 照明类型，物体表面的反射特性，眼睛按三条不同的光谱灵敏度曲线感知光线的能力。彩色是一种心理感觉。它与光源辐射能量的分布及观看者的视觉感受有关。目前的三维扫描仪一般得到的不是物体表面的材质和对入射光的反射特性，而是在某种照明条件下所呈现的色彩。

三维构型，显示及修改技术方面，扫描仪获取的是物体表面离散采样点的坐标和色彩。这些采样点的集合称为"点云"（point cloud）。必须用点，多边形，曲线，曲面等形式描述立体模型，即将"点云"构成"形"。同样的点集进行不同的连接，可能得到不同的三维模型。复杂表面的散乱点的构形是很困难的。还要将得到的三维模型显示出来，并对缺陷进行人工修改。还必须支持多种数据格式，将结果按指定的格式输出[12]。

定标技术方面，确定有关的装置参数就是定标。它与计算模型和误差模型有关。定标精度和可靠程度直接影响测量精度。定标还可以校正装置的误差。对彩色扫描，还有色彩定标问题。

3.3  城市建模

本设计采用了人工几何建模方法建立城市模型的。这部分包括两部分，即总体建模和局部建模。

3.3.1  总体建模

总体建模初步构造了将要建立的城市模型的大体布局，包括主要的街道，建筑等，还有整体的天空地面的色彩。局部建模是在整体建模的基础之上对局部布景的详细设计,是个逐步细化的过程。

整体建模如下：用background设置天空和地面的色彩。background节点用于生成vrml的背景空间，背景采用了立方体空间的表现形式，在其外放置了一个地面球体，在地面球体之外是天空球体。立方体和球体在概念上都是无限大的，并包围着vrml世界，观察者可以看到立方体和球体的任意部分但永远不能接近它们。用viewpoint节点定义了浏览者在虚拟环境中的游行方式。viewpoint视点节点定义了处于局部坐标系中的一个指定位置，用户可以从该点来观察场景。在每一个新的观察点，浏览器获得的图象就像是使用一部虚拟的取景器在屏幕上播放一样。替身在虚拟空间中的移动，就使得取景器不断的调整起位置和朝向。在这里本人定义了aa视点，采用了飞行的非跳跃的漫游方式。为了是浏览者的感觉和现实世界一样，本人又在浏览者的头部安置了头灯，否则，展现在我们面前的将是一个个黑漆漆的模型。同时用worldinfo定义了境界信息，在运行界面的标题栏可以看见该设计的名称，作者等等。worldinfo节点用来声明一个空间的标题以及想提供的其他注解，它对vrml场景的创建并不产生影响。

运行效果如图3-1。

图3-1 背景图

上图只是一个非常非常粗略的框架，在此之上，用transform节点创建了几栋楼房，有高有矮，和城市的比较接近，还有南北东西走向的街道。transform节点是一个组节点。transform节点包含一个子节点列表，这些子节点可以是shape节点、group节点或transform节点。在transform节点中的所有子节点将在transform节点的坐标系原点处建立。该节点包括位置的确定、造型节点的旋转轴和方向、造型节点大小的缩放比例及缩放旋转轴，以及形体造型的构造等，它的功能比较强大，使用相对简单。transform节点在放置场景中的对象并确定其方向时具有很大的灵活性。transform节点也是一个形成vrml场景层次结构的基础节点。这里的楼房和街道就是用简单的形体造型节点box构成的，只是在大小，位置，方向上做了相应的改变。为了是楼房看起来更逼真，又在上面嵌入了楼房的图片。

城市规划一直是对全新的可视化技术需求最为迫切的领域之一。从总体规划到城市设计，在规划的各个阶段，通过对现状和未来的描绘，为改善人居生活环境，以及形成各具特色的城市风格提供了强有力的支持。这里也采用了城市规划的思想，哪里放置街道、哪里放置楼房等都需要缜密的考虑，要求布局合理，位置适当。

图3-2是设置后的运行效果。

图3-2 简单的楼房

很显然，城市里只有楼房和街道是不够的，一定要有树，那是反映一个称呼司绿化程度和建设特色的标志，而树则不是简单的立方体，但为了构造的简便，本人用圆柱体和球体来构造树，只要将球体在竖直方向上拉伸，在水平方向上压缩，然后将这个改造过的形体放在圆柱体上就形成了一棵树。当把树嵌入到城市模型中，景致就完全不一样了。这就是城市的整体构造。

在这里所用到的立方体box、球体sphere、圆柱体cylinder都是简单形体造型节点，但是运用它们可以构造更复杂的对象，需要初学者灵活的掌握和运用它们。除了上面提到的简单造型节点之外还有圆锥体cone。

图3-3是一棵树的造型。其实，它不仅仅是一棵树，更是一个希望，象征着人类对环境美好的憧憬和欣欣向荣景象的期待。

图3-3 树

图3-4 绿化的城市

图3-3-4是在嵌入了带有绿意的小树的城市的整体构造。虽然有点空旷，但是，地广人稀正是我们人类所向往的。现在世界人口的膨胀，土地资源的紧缺，已经上升到令人瞩目的日程。开拓一片沃土，合理利用土地资源是每一个建设者的最终目的和任务。而且我们也应该珍惜每一片土地。

3.3.2  局部建模

局部建模也称为细致建模，具体步骤如下。

一个城市只有楼房、街道和树是不够的，因此需要我们对粗略的城市进行细化。首先，先建立一个花坛，花坛也是有简单的造型构成的，包括立方体和球体，相互嵌套而成。花坛的颜色设置为浅绿色，错落有致。有树有花坛，当然也得有草了，所以，还要做一个草坪。为了不和花坛相冲突，草坪的颜色设置为深绿色，是一个大的扁平的立方体。街道上没有车也是不行的，但车的造型是比较复杂的，但是什么复杂的东西都可以简单化，本人用两个球体和两个圆柱体做成了一个小汽车。两个球体需要变形，而且上面的球体比下面的小。两个圆柱体作为车轮子，架在大的变形球体的下面，并在上面嵌入了车的图片，具体造型效果如图3-5。

                                     图3-5 小车

草坪建好了，也要为其进行装饰，因此在上面放了凳子和一个供观赏的造型，凳子是由黄色的立方体做成的，供观赏的造型则是在浅灰色的圆锥体上架了一个球体，并在草坪的四角各放了一个半球。为了体现国民的保护环境意识，在草坪的边上有放置了一个圆柱形的垃圾箱。在此基础之上，为了体现虚拟现实世界的动感，草坪四角的半球及中间圆锥体上的球的颜色是自动变化的。颜色的不断变化是通过颜色插补器corlorinterpolator和时间传感器timesensor来实现的。corlorinterpolator节点是vrml提供的附加的插补器节点，利用它可以构造色彩的变化效果。corlorinterpolator节点在它的key和keyvalue域中使用一系列关键时刻值和色彩值。corlorinterpolator节点通过在两个色彩值中内插，来计算一个中间的色彩值，此值被它value_changed域输出。timesensor节点可以像时钟一样标记时间的流逝，还附加有定时发送相关时刻信息的功能。同时它可以是一个定时开关，开始及结束一些过程。通常与插补器、传感器联合使用。timesensor节点能够作为任何组的子节点。

效果如图3-6和图3-7。从两副图中可以明显看出，除了图中的球体的颜色是不同的之外，其他的都是一样的。

图3-6 奇异的草地甲

图3-7 奇异的草地乙

虚拟现实，也就是模拟现实，使得呈现的景象和现实世界的一样逼真。在这了，本人将要设计的城市的四个游乐场所中的一个做了一点变化。那就是将里面的球体改成了立方体，这不是主要的，值得一提的是当替身与游乐场的距离在一定范围内时，中间的立方体会自动的旋转一定的角度。这种变化是如何实现的呢？其实很简单，这里使用了临近传感器proximitysensor。临近传感器感知观察者进入并在一个空间的长方体区域中移动的时间。当观察者接近区域时，能使用这些传感器启动一个动画，当观察者离开时停止这个动画。proximitysensor节点能够作为任何组的子节点。并且它可以感知观察者何时进入、退出和移动鱼当前坐标系内一个长方体区域。可以检测到观察点接近的信号，利用它可控制其他操作。

一个城市只有高楼没有平房也是不切实际的，本人又在城郊建立了几个平房区。每个平房也是由简单的几何造型节点box构成的。而且，每个平房的门是可以用鼠标拉动一个角度的。房门转动是通过圆柱传感器cylindersensor的实现的。cylindersensor节点可以感知一个观察者的拖动动作，并且计算旋转轴和角度，且通过它的rotaion_changed域输出。将鼠标的动作转换成适于操作造型的输出。cylindersensor节点可以是任何组节点的子节点，它可以感知观察者在组及子节点的任何造型上的动作。通过将传感器节点的输出路由到transform节点来引起造型物体的旋转。平房区建完了，又在天边添加了几座山。山群是几个圆锥体组成的，只是远近和大小不同，颜色也做了调整，并在上面嵌入了山的图片。具体结果如图3-8。

图3-8 山与平房

一个城市没有人是不可能的，只是多少的问题。人的造型本人是用球体和立方体组成的，胳膊，腿，身体已经脖子是几个立方体，头部是一个球体，效果如图3-9。

图3-9 人

除了以上的各个造型外，在模型中还有一些电线杆，只是起到辅助的作用，也是为了使设计更加完美。

设计的最终结果如图3-10。

图3-10 美丽的城市

以上就是虚拟现实技术的应用，是基于vrml技术的，在整个设计和建模过程中，要求设计者有很好的逻辑构想思维方式，时刻以城市规划为理念，要从全局考虑，掌握逐步细化的能力。在这里要求大家要熟练掌握虚拟现实技术和vrml技术，理解城市规划的要领，能够灵活的运用vrml语言，达到举一反三的程度。

四章  系统的编码实现

本设计是以虚拟现实技术为基础，应用vrml语言实现的城市环境的模拟，下面是通过编码而得到的一个城市模拟视图图4-1。

图4-1 城市运行图

在这里的核心技术是vrml语言。在第二章已经对vrml语言做了简要的介绍，这里就不再赘述。

编码实现的过程实际上是如何应用vrml语言的建模过程，编码设计的核心也是vrml语言。在这里，对编码的实现过程作一下简要的介绍。在城市的模拟过程中，许多造型都是用简单的造型节点构造的，用到的简单造型节点有立方体box，圆锥体cone，球体sphere和圆柱体cylinder，尽管它们比较简单，但是它们是基础造型，不可缺少。下面，本人就从程序中取出一部分来阐述整个编码实现过程。

background节点是用来设置天空和地面的色彩的，skycolor中包含一系列三元颜色值，用来设置变化的颜色。skyangle中包含一系列角度值，用来设置颜色变化的角度。groundcolor和groundangle的功能和作用同skyground和skyangle大同小异。如：

    background{

      skycolor [0.0 0.2 0.7,0.0 0.5 1.0,1.0 1.0 1.0]

      skyangle [1.309,1.571]

      groundcolor [0.1 0.0 0.0,0.4 0.25 0.2,0.6 0.6 0.6]

      groundangle [1.309,1.571]

}

directionallight节点是用来设置平行光的照射方向的，其中的direction指定了一个三元值来设置方向，下面的例子中所设定的方向为光线沿着y轴负方向照射。相当于光线是从顶部照射下来的。

directionallight {

  direction 0 -1 0

}

navigationinfo节点是用来定义导航信息的，type域可以定义为飞行fly，行走walk等方式，speed域设置观察着在场景中畅游的速度，单位为米每秒。headlight域指明是否浏览器要将观察者的头灯打开。头灯是一束指向用户正在观看方向的有向光。avatarsize域指定一些距离参数，这些参数决定了在考虑碰撞检测和视点随地形起伏的用户可移动范围。该域的第一个只是碰撞被探测出以前用户的位置与一个碰撞几何体间允许的距离；第二个只是视点与地面间应保持的高度；第三个只是视点可以跨过得最高障碍物的高度。公共域avatarsize值描述了观察者替身的大小特性。如：

navigationinfo{

   type "fly"

   speed 1.0

   headlight false

   avatarsize [0.25,3.2,3.0]

}

transform节点是一个组节点，该节点包括一个子节点的列表。这些子节点可以是shape节点、其他group节点或transform节点。translation用来指定造型的位置，children域是指定受该节点的变换影响的子节点。这个节点是整个程序设计中的基础节点，几乎每一个模型的建立都用到了transform，因此，对transform的灵活运用尤为重要。下面的例子使用transform节点设置地面。

transform {

  translation 0 -24 0

  children[

    shape{

      appearance appearance{

         material material {diffusecolor 0.4 0.25 0.2,}

      }

geometry box {size 400 48 400}  } ] }      

viewpoint节点是视点定义节点，定义了处于局部坐标系中的一个指定位置，用户可以从该点来观察场景。position用来设置视点的位置，它是一个三元值，jump域决定了视点的类型，即跳跃型的和飞跳跃型的。orientation域是一个四元值，前三个值指定了视点的旋转轴，第四个值说明了旋转角度的正负。description域的值指定了一个用于描述视点的文本串。下面是一个关于视点aa的例子。

def aa viewpoint {

  position    25 5 70

  jump false

  orientation 0 1 0 0.4

  description "aa"

}

在vrml编程中，group节点也是一个很重要的节点。group节点提供了最简单的节点编组，可以包含任意数目的子节点，与一个没有转换域的transform节点相当。该节点与transform节点一样，也有一个children域。它用来收集节点和创建不需要实施变幻的层次结构。似乎有了transform节点，group节点并没有什么用处。但有时在对一个整体进行操作时，以transform节点组织的整体相比group节点组织的整体并不能显示出优势。如果在使用传感器或插补器节点时，祖作为一个整体，可以使用def来给它定义一个名称，并且在vrml文件中使用use重复的引用。

一个组可以具有任意数目的成员，成为子节点。既可以是造型以可以是其他包含造型和组的足。包含子节点的组节点被称为父节点。因为组节点可以其他的组，一个组的父节点可能是一个更高一级组的子节点。高级组的父节点可以是一个更高级组的子节点。从此上溯直到最高级父节点，称为根节点。造型可以组织在一起来创建更大、更复杂的造型。由于group节点和transform节点很相似，在这里就不再举例子了。

以上介绍的几个节点是vrml语言的核心节点，整个程序的设计都是通过这些节点的不同设置和组合来实现的。除此之外，还有两个重要的工具，这就是节点名定义def及引用use，这是vrml世界提供给我们的两个避免重复劳动的工具，节点命名是以关键字def加上所命名名称在一起，置于节点类型定义之前开完成的。这两个说明符可以放在任何允许节点的地方。use语句并不是复制该节点，而是把该节点再次插入它所在的场景图。节点名只在本文范围内有效。

总之，系统的编码实现就是利用vrml中的基本造型节点对已经涉及好的模型进行的模拟实现过程。在这个过程中，需要设计者能够熟练的掌握和运用vrml语言，懂得融会变通，才能使预想创建的模型得以实现。

当然，vrml中还有很多更深一层次的部分，那需要有兴趣的读者继续学习和探索，笔者在这里就不再过多描述了。

第五章  系统的测试与分析

5.1  系统的测试

随着程序的逐步完成，系统的测试也开始了。系统的测试采用的单元测试法，即逐步测试的过程。将程序分成若干个程序模块，单独进行测试，观察结果，与预期结果进行对比。当发现问题是逐步解决。然后，再将小的模块渐进式的整合成几个较大的模块，重复上面的工作，最终形成整体的模块，构成城市的整体建模。

5.2  测试中遇到的问题

在测试中遇到问题是在所难免的，本人也遇到了一些问题。

问题一：在程序的编码过程中，无论定义的立方体的颜色是哪一种，颜色的显示总是在顶部，其余部分为暗黑色。

问题二：在程序的编码过程中，当对一个简单的形体造型节点进行纹理贴图时，运行提示，找不到贴图文件。也就是说，纹理贴图不成功。

问题三：在运行界面的标题栏添加境界信息时，为何只显示其中的一部分，其余的没有显示。

问题四：程序中的许多节点的位置是一层一层嵌套的，因此就涉及到了如何才能进行正确的定位，本人总是在这个方面大费周章。希望可以找到一个好的方法来解决这个问题。

问题五：程序中的许多route与语句的使用总是和预想的存在差距。

当然还有很多更有难度的问题，由于本人能力有限，没有进行深入的探究，希望有兴趣的人继续努力。

5.3  问题的解决方法

对于第一个问题，通过察看资料以及对其他程序的研究，本人认为，应该是光线的照射方向问题，只要将浏览者的头灯打开应该就行了，经验证结论成立。

对于第二个问题，本人经过细心研究，反复实验，终于找到了答案。由于不同的vrml浏览器对图片的识别也是不同的，有些浏览器只是别.jpg形式的图片文件，有些浏览器只是别.gif形式的图片文件，而有些是兼容的。因此，只要正确选择浏览器及其相应的图片格式，就可以实现贴图纹理了。也许还有其他原因，由于本人能力有限，只发现了这些。

对于第三个问题，经过本人的细心研究发现，有些vrml浏览器提供特殊菜单选项来显示虚拟空间的标题和注解，一些浏览器也把虚拟空间的标题定位于浏览器窗口的标题栏。可以在空间使用任意多的worldinfo节点。但只有第一个worldinfo会被浏览器显示。因此，在使用worldinfo节点时只要针对不同的浏览器采用相应的准则就不会出错或不合心意了。

对于第四个问题，在vrml世界中，内层节点的定位可以说是独立于外层节点的。一旦外层节点定义好了，就可以只考虑内层节点了。当然，怎样才能找到正确的位置不是一件容易的事，它需要有好的空间立体思维能力和条理清晰的层次构想，也许需要多多练习，熟能生巧。

对于第五个问题，route的使用是一门技术，需要初学者多看一些相关的书籍和例子，掌握其中的要领和规律，还要多多练习。俗话说的好好记性不如烂笔头，它需要大家多多的练习。

以上这些只是笔者个人的一点见解，由于知识有限，能力有限，可能看法有些浅薄，希望有兴趣和爱好的读者给与建议和指正。

结论

“虚拟现实技术的应用---基于vrml技术的城市之旅”的设计与实现，充分体现了虚拟现实技术在城市规划建设中的作用，它能够减轻设计人员劳动强度，缩短设计周期，提高设计质量，节省投资。而vrml在实现城市规划中更是起到了不可或缺的作用，它是一种编程工具，利用它可以实现任意模型的虚拟，虚拟现实技术的优势也才得以实现，使得城市的设计布局合理、美观，支出价有所值。

在该设计的过程中，本人充分体会到要想熟练地掌握运用vrml和虚拟现实技术，就必需扎实的学习vrml语言和虚拟现实技术的基础知识。随着科学技术的飞速发展，虚拟现实技术在各个领域都显示了其特殊的作用。时代的发展也使得我们掌握虚拟现实技术成为一种时尚的潮流。

设计的过程就是一个发现问题---解决问题---发现问题---解决问题的循环反复过程，但是它让学习的人逐步进步，就好像滚雪球一样，一点一点，越滚越大。通过“虚拟现实技术的应用-----基于vrml技术的城市之旅”的设计与实现，本人在vrml语言的运用以及对虚拟现实技术的发展方面有了很深的了解，受益匪浅。当然遇到很多尚未解决的问题，希望感兴趣的读者能够继续研究。

参考文献

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[10] 方涛.城市建设与规划[n].规划信息报,2003,6(3)

第9篇：虚拟现实技术发展方向范文

摘要：随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资。对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。

一、机械制造技术的发展

在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。当前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体。机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。

二、智能化技术发展趋势

2.1性能发展方向

(1)高速高精度高效化。

速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。

(2)柔性化。

包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大。可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群拉系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。

(3)工艺复合性和多轴化。

以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工。正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。

(4)实时智能化。

早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展。由此产生了实时智能控制这一新的领域。

2.2功能发展方向

(1)用户界面图形化。

用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前Internet、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术，也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用。人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。

(2)科学计算可视化。

科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语育表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。

(3)插补和补偿方式多样化。

多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。

(4)内装高性能PLC。

数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形圈或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能，编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实侧，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。

(5)多媒体技术应用。

多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域。应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。

2.3体系结构的发展

(1)集成化。

采用高度集成化CPU，RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度，应用LED平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点。可实现超大尺寸显示。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，掘高系统的可靠性。

(2)模块化

硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化，根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服，PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。

(3)网络化

机床联网可进行远程控制和无人化操作，通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行。不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。